Цикл Ренкіна паросилової установки

 

Принципова схема паросилової установки

 

 

Рис. 6.9. Принципова схема паросилової установки

 

Перед початком роботи паровий котел 1 заповнюється хімічно очищеною водою. Потім, вода у котлі нагрівається до температури кипіння і кипить. Утворена пара відділяється від рідини у барабані котла і у вигляді вологої насиченої надходить у пароперегрівник 2, розташований у газоході котла, де перегрівається. Перегріта пара з параметрами p ₁, t ₁, i ₁ надходить у парову турбіну 3, де адіабатно розширюється в соплах і на лопатках турбіни. При цьому теплота пари перетворюється в механічну енергію обертання ротора турбіни, зв'язаного з ротором електрогенератора 4. В електрогенераторі механічна енергія перетворюється в електричну, яка направляється до споживача. Відпрацьована пара з параметрами p ₂, t ₂, i ₂ надходить у конденсатор 5, де за рахунок відведення теплоти холодною водою конденсується. Конденсат з параметрами p ₂, t ₂, i ^΄₂ підвищує тиск до p ₁ у насосі 6 і направляється в паровий котел. Втрати пари поповнюються за рахунок подачі у барабан котла води, яка пройшла механічну та хімічну очистку у цеху водопідготовки.

 

Цикл Ренкіна

 

 

Рис. 6.10. Цикл Ренкіна в Р - v і Т-s координатах.

 

1-2 – адіабатне розширення пари в турбіні 3.

2-2 – ізобарно-ізотермічний процес конденсації пари в конденсаторі 5, відведення теплоти q ₂ у циклі;

3-4 – підвищення тиску конденсату в насосі 6;

4-5 – ізобарний нагрівання води до температури кипіння в паровому котлі;

5-6 – ізобарно-ізотермічний процес пароутворення в котлі;

6-1 – ізобарний процес перегріву пари в пароперегрівнику 2.

 

Теплота q ₁ підводиться в процесах 4-5, 5-6, 6-1 і відповідає площі а-4-5-6-1-b-а, теплота q ₂ приділяється в процесі 2-3 і відповідає площі а-3-2-b-а. Робота циклу – площа 1-2-3-4-5-6-1.

Термічний к.к.д. циклу Ренкіна

де і ₁ – ентальпія пари перед турбіною, кДж/кг;

і ₂ – ентальпія пари після турбіни кДж/кг;

і' ₂ – ентальпія конденсату, що надходить у котел, кДж/кг.

Значення ентальпій при розрахунку циклу Ренкіна зручно визначати по i-s діаграмі. Цикл Ренкіна в i-s діаграмі зображений на рис. 6.11.

 

Рис. 6.11. Цикл Ренкіна в i-s діаграмі.

 

При зображенні циклу процес стискування конденсату в насосі (див. рис. 6.10 – процес 3-4) зведений в одну точку 3, тому що лінія 3-4 має дуже малу довжину.

У дійсних циклах розширення пари в турбіні супроводжується втратами на тертя, у результаті чого процес розширення проходить не по адіабаті 1-2, а по політропі 1-2д, ентальпія пари на виході з турбіни підвищується. Тоді внутрішній к.к.д. циклу Ренкіна

Теоретична витрата пари в кілограмах на кіловат-годину

кг/(кВт×год.)

де D ₀ – година витрата пари;

N – вироблена електроенергія.

Для підвищення теплової ефективності паросилових установок застосовується: регенеративний цикл, цикл із вторинним перегрівом пари, теплофікаційний цикл, парогазовий і бінарний цикли.

Теплові електростанції ТЕС, що виробляють тільки електричну енергію називаються конденсаційними, КЕС. Якщо на станції виробляється електрична і теплова енергія, то таку станцію називають ТЕЦ – теплоелектроцентраль. ТЕЦ працюють по теплофікаційному циклі, відповідно до якого в циклі Ренкіна підвищують тиск і температуру відпрацьованої у турбіні пари. Цю пару використовують для нагрівання води, що циркулює в системах опалення, а також для паропостачання підприємств. Підвищення протитиску (тиск пари після турбіни) приводить до зменшення вироблення електричної енергії, але загальне використання теплоти при цьому підвищується. Одночасне вироблення теплової та електричної енергії на ТЕЦ називають комбінованим способом виробки теплоти та електричної енергії. Вироблення електроенергії на КЕС, а теплоти у вигляді пари та гарячої води на місцевій або районній опалювальній котельнях називають роздільним способом виробки теплоти та електричної енергії.

Годинна витрата палива В на ТЕС

де Q – використана теплота, кДж/год.;

Q_н^р – нижча теплота згоряння палива, кДж/год.;

h_ку – к.к.д. котлової установки.